鉍層狀結(jié)構(gòu)鐵電材料組成設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化.pdf

1、鉍層狀材料具有優(yōu)良的鐵電性能，如抗疲勞特性、低的極化反轉(zhuǎn)電壓和快的反轉(zhuǎn)時(shí)間，能很好達(dá)到鐵電存儲(chǔ)器的要求，而成為FRAM最佳候選材料。同時(shí)它具有較高的居里溫度、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性明顯、低老化率、高電阻率、大的介電擊穿強(qiáng)度等特點(diǎn)，因而適合于高溫、高頻場(chǎng)合使用的壓電材料。但單一鉍層狀材料具有難以實(shí)用化的缺點(diǎn)，因此本文系統(tǒng)分析了Am-3Bi4TimO3m+3(m=3、4、5、6)系列材料相應(yīng)的介電和鐵電性能隨結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系。另外，由于鉍層狀結(jié)

2、構(gòu)材料的壓電活性較低，本文通過(guò)離子取代措施提高材料的壓電活性，以達(dá)到提高材料綜合性能的目的，對(duì)制備高性能且實(shí)用性的鐵電材料具有一定的指導(dǎo)意義。 采用固相反應(yīng)法制備了二層鉍層狀Pb1-xSrxBi2Nb2O9(0≤x≤0.2)和Pb0.8Ba0.2Bi2Nb2O9陶瓷。研究表明，隨著Sr2+取代量的增加，晶粒尺寸細(xì)化，燒結(jié)溫度降低了80℃。對(duì)Pb0.8Ba0.2Bi2Nb2O9弛豫鐵電體采用頻率彌散度△Tm、弛豫行為程度△Trel

3、ax和弛豫因子γ三個(gè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)驗(yàn)證了PBN-Ba0.2材料是弛豫鐵電體。本文認(rèn)為弛豫現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是由于Ba2+引入后造成A位離子與Bi2O2層中的Bi3+在微區(qū)范圍內(nèi)成分不均勻，離子分布無(wú)序引起的。PBN-Ba0.2陶瓷d33值達(dá)11pC/N，剩余極化強(qiáng)度2Pr值達(dá)到21μC/cm2，表明Ba2+的引入明顯提高了PBN材料的壓電、鐵電性能。 首次制備了Bax(Na0.5Bi0.5)1-xBi4Ti4O15(0.04≤x≤0.1)

4、固溶體系，該體系屬于正常鐵電體。掃描照片顯示樣品晶粒結(jié)合致密。固溶體系在1kHz～100kHz范圍內(nèi)具有介電常數(shù)、介電損耗頻率穩(wěn)定性。Ba2+的引入可拓寬固溶體系的居里溫度，同時(shí)Ba2+取代量的增加有效提高了樣品的室溫d33值，最高可達(dá)14pC/N。 制備了不同類鈣鈦礦層數(shù)Am-3Bi4TimO3m+3(A=Ca、Ba；m=3、4、5、6)的鉍層狀結(jié)構(gòu)材料，獲得了3、4和5層的單相陶瓷。沒(méi)有獲得6層的Ba3Bi4Ti6O21材料

5、，而是合成了Ba2Bi4Ti5O18與BaTiO3兩種組分，通過(guò)X射線衍射分析得知鉍層狀結(jié)構(gòu)占到81.97％，A位加權(quán)離子半徑過(guò)大是Ba3Bi4Ti6O21無(wú)法或難以被合成的原因之一。本文對(duì)BaBi4Ti4O15和Ba2Bi4Ti5O18出現(xiàn)的介電彌散現(xiàn)象采用隨機(jī)場(chǎng)理論解釋。當(dāng)m值由3增至5，居里溫度逐漸降低，剩余極化強(qiáng)度大小與m值奇偶性有關(guān)。Cam-3Bi4TimO3m+3(m=4、5、6)系列陶瓷被證明具有鐵電性，介電常數(shù)溫度特性曲